地球生物的超級大滅絕事件(圖)



大規模的生物大滅絕(網路圖片)

科學家對地球歷史上最大一次生命滅絕事件的原因提出了新的地球化學證據。認為二疊紀末海洋的深部海水缺氧,並且在海洋深部的某些區域富集二氧化碳及硫化氫(一種聞似臭雞蛋氣味的有毒氣體)。當這些深部海水上湧到海洋的淺水地區時,就會造成海洋生物的大量滅絕。

最近五億年,大規模的生物大滅絕就出現過5次之多

長期以來,恐龍滅絕之謎一直令人津津樂道,其實在地球地質史上,經常會出現大規模的生物滅絕,整科,整目甚至整綱的生物可以在很短的時間內徹底消失或僅有極少數殘存下來。這種波及全球,使大量的生物類群在短時間內消亡,造成突然集群滅絕的現象,古生物學家稱之為生物大滅絕。最近五億年以來大規模的生物大滅絕就出現過5次之多,其中發生在古、中生代之交的,即二疊紀末的生物大滅絕規模最大,對生物發展的影響也最為深刻。有統計顯示,地球上90%以上的海洋生物物種和75%左右的陸地生物物種在這一時期全部都滅絕了。中國科學院南京地質古生物研究所科學家表示,這是一次超級大滅絕,生態系統也徹底得到更新,其他各次的滅絕都遠不及這次大滅絕。

古生物學家們通過豐富的資料為我們詳細再現了二疊紀末的生物大滅絕慘況。從海洋生物來看,到了二疊紀末,四射珊瑚、蜓、鈣質海綿、腕足類、三葉蟲等門類相繼消亡或大量消減,生物礁生態系統全面崩潰,碳埋藏幾乎全面停止。在陸生生物中,石炭紀-二疊紀植物群以蕨類為主,在濱海沼澤地帶形成森林,但至二疊紀末快速消亡,被矮小的裸子植物代替。在二疊紀最有代表性的陸生動物就是四足類的脊椎動物,但至二疊紀末,63%的四足類的科迅速滅絕。

5次地球生命大滅絕

4.4億年前奧陶紀6500萬年85%物種慘遭滅絕

3.65億年前泥盆紀5000萬年海洋生物遭受滅頂之災

2.5億年前二疊紀4500萬年90%生物慘遭滅絕

2億年前三疊紀5000萬年爬行類動物受到重創

1.37億年前白堊紀7000萬年恐龍滅絕

天體撞擊說、溫室效應說、酸雨說,眾說不一

目前對生物大滅絕的原因有多種不同的解釋,還沒有一個公認的一致說法。有的觀點認為可能與二疊紀晚期頻繁的火山噴發有關。地質研究證據顯示,二疊紀末發生過大規模火山爆發,當時地球表面有多處火山爆發,包括西伯利亞和我國的華南地區等。火山爆發產生大量有毒氣體,同時釋放大量的二氧化碳,導致溫室效應,而致使動植物滅亡。

也有研究發現,在生物大滅絕地層中含有很豐富的含硫礦物,推測火山爆發釋放出大量的硫化氫氣體,之後形成酸雨,污染了古海洋,致使大量的海洋生物滅絕。另外,也有人認為二疊紀末存在有類似於白堊紀末的天體撞擊事件,撞擊地點可能位於西澳地區,造成大量生物瞬間死亡。甚至也有人認為海洋的大規模漲落才是這場「大謀殺」的元凶。可惜的是,這些假說都沒有非常充分的證據,難以令人完全信服。

那到底是什麼原因導致了這場全球範圍內的大滅絕?專家們又有沒有什麼最新的發現?

新解

「二疊紀末生命大滅絕的研究是非常具有挑戰性的,我想關於大滅絕的每一種觀點都有一定的積極意義,可以提供一種新的模式、觀點啟發同行們去驗證與批判,從而推動科學的發展。」中國科技大學地球和空間科學學院瀋延安教授表示。

「雖然前人已經做了大量卓有成就的工作,但我們首次分析了與大滅絕有關層位的多種硫同位素組成,著重探討大滅絕之前生物物種減少的原因以及它們和大滅絕的關係,這是前人很少甚至沒有涉及的,從而給大滅絕的成因提供了一個新的思路。」

發現硫同位素異常

「我們精確測定了地質剖面岩石中的黃鐵礦(一種含硫的礦物,化學分子式是:FeS2)的多種硫同位素組成(32S,33S,34S,36S)。我們知道,海水中有硫酸鹽(SO42-),硫酸鹽還原細菌可以將硫酸鹽還原從而產生H2S(一種聞似臭雞蛋的氣體),H2S隨後與鐵發生化學反應生成黃鐵礦。因此,硫同位素的組成主要受硫酸鹽還原條件以及海洋環境的控制。根據微生物及化學實驗的結果,黃鐵礦的硫同位素組成範圍大致是一定的。但是從浙江煤山剖面測定的某些硫同位素值與理論的‘推測值’不相符合,並且這種現象每隔一段時間就會出現一次,我們就稱它為硫同位素階段性異常。」瀋教授說。

異常緣於深部海水上湧

那麼,產生硫同位素異常的直接的原因是當時的海洋化學條件?瀋教授的回答是肯定的:「來自世界諸多地區如華南、丹麥、日本、加拿大等的地質記錄與地球化學資料表明,二疊紀末的海洋與現代全部富含氧氣的海洋是不同的,當時的海洋是分層的,即海洋的淺部海水是富含氧氣的,而深部海水是缺少氧氣的。根據同位素地球化學原理,無論是淺水條件下生成的黃鐵礦還是深水環境下生成的黃鐵礦都不能夠產生我們所觀察到的‘異常現象’。但是只有在深部缺少氧氣的海水上湧到淺部的特殊條件下,才能夠產生我們所觀察到的硫同位素異常值。這個解釋也得到了我們模擬計算的驗證。換句話說,硫同位素值的異常說明瞭當時深部海水的上湧。」

有毒氣體上湧導致大滅絕

「深部海水攜帶著海洋深處大量的有毒氣體一起湧上,這對於淺海及陸地上的生物而言將會是一個毀滅性的打擊。」瀋教授解釋說,「我們談到海水中的有毒氣體主要包括二氧化碳、硫化氫等。淺部海水由於富含氧氣,硫酸鹽還原作用不能在水體中發生。只有在缺少氧氣的海洋條件下,硫酸鹽還原細菌才能夠將海水中的硫酸鹽還原產生二氧化碳以及臭雞蛋一樣味道的硫化氫,從而使得深部海水中富集這些氣體。現代的‘黑海’是‘硫化海洋’的典型代表之一。現代‘黑海’的水體深度大於2000米,在大約200米以上是富含氧氣的,而在200米之下則缺少氧氣,海水中的硫酸鹽還原作用使‘黑海’深部水體中富集硫化氫。」

「受海水表面的風力所驅動,以及海水中有機質的產生與搬運、海洋的循環方式等諸多因素的影響,深部海水發生了上湧,大量的二氧化碳和硫化氫被釋放到淺部海水和空氣中,從而導致了大量生物的滅絕。」

二氧化碳升高可能導致海洋缺氧

「研究二疊紀末的生物大滅絕對於我們現代環境有重要的啟示意義。」瀋教授提醒說,「在特定的條件下,二氧化碳的升高可能導致海洋缺氧,進而危害人類的生存環境。二氧化碳不斷升高的本身不會造成海洋的缺氧,但在極端的情況下,由此產生的後果是有科學依據的。」

「首先我們要知道現代大洋是如何氧化的?海水中氧氣含量隨溫度升高而降低,極地地區由於溫度低,水體的含氧量高。因為比重的區別,高含氧量的極地海水向赤道運輸,因此將氧氣輸送到低緯度地區,由此氧化整個海洋。這些都可以通過人類衛星觀察到。如果二氧化碳不斷升高呢?二氧化碳是一種重要的溫室氣體,因此它的不斷升高極有可能會導致溫度升高。做一個極端的假設,極地溫度升高,從而導致極地海水中含氧量降低,那麼極地海水向低緯度地區輸送的氧氣會減少,導致厭氧。從而很有可能導致習慣了充足氧氣的海洋生物的滅絕,進一步對海洋生態乃至整個人類產生重大的影響。」

採訪的最後,瀋教授強調說,「儘管我們希望通過我們的工作來更好的服務於現代的環境,但我們不可能準確預測現代海洋如何變化,影響因素可能成千上萬,如同最開始所說,我們只是提供一個思路,探索一個新的方向。」

責任編輯:葉語桓 来源:自然-通訊期刊

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